Nuovo modello di bioraffineria basato sulla sinergia tra insetti e batteri

L’Europa verso la bioeconomia

La Commissione Europea (CE) ha adottato oggi una strategia per indirizzare l’economia europea verso un più ampio e sostenibile uso delle risorse rinnovabili. Con il previsto aumento della popolazione mondiale fino a sfiorare 9 miliardi di abitanti nel 2050 e l’esaurimento delle risorse naturali, l’Europa ha bisogno di risorse rinnovabili per produrre alimenti e mangimi sicuri e sani ma anche materiali, energia e altri prodotti.

L’innovazione per una crescita sostenibile: una bioeconomia per l’Europa” è una strategia della CE che prevede un piano d’azione basato su un approccio interdisciplinare, intersettoriale e coerente al problema. L’obiettivo è creare una società più innovatrice e un’economia a emissioni ridotte, conciliando l’esigenza di un’agricoltura e una pesca sostenibili e della sicurezza alimentare con l’uso sostenibile delle risorse biologiche rinnovabili per fini industriali, tutelando allo stesso tempo la biodiversità e l’ambiente.

Il piano si incentra pertanto su tre aspetti chiave: sviluppare tecnologie e processi produttivi nuovi destinati alla bioeconomia; sviluppare mercati e competitività nei diversi settori della bioeconomia; e, infine, stimolare una maggiore collaborazione tra i responsabili politici e le parti interessate.

Il termine “bioeconomia” si riferisce ad un’economia fondata su risorse biologiche provenienti dalla terra e dal mare, nonché dai rifiuti, che fungono da combustibili per la produzione industriale, energetica e di alimenti e mangimi. La bioeconomia comprende anche l’uso di processi di produzione fondati su bioprodotti per un comparto industriale sostenibile.

Il concetto di bioraffineria

Viene indicata con il termine di “bioraffineria” una piattaforma tecnologica grazie alla quale le biomasse in ingresso vengono trasformate in combustibili, prodotti chimici, biopolimeri/bioplastiche e/o energia, attraverso tecnologie e processi a basso impatto ambientale.

Le biomasse infatti, come il petrolio, hanno una composizione complessa che richiede una idonea separazione in più gruppi di sostanze; il successivo trattamento e trasformazione di queste ultime porta ad una varietà completa di prodotti.

La petrolchimica si basa sul principio di generare, partendo dal petrolio, prodotti chimici semplici e ben definiti, permettendo, nelle raffinerie propriamente dette, la successiva costruzione di famiglie di prodotti e di linee di produzione volte all’ottenimento di prodotti di base, di intermedi o di derivati a sempre più alto grado di complessità.

Questo stesso criterio vale anche per le bioraffinerie: la trasformazione delle biomasse di origine agricola, industriale o naturale permette di ottenere sostanze utilizzabili come biocombustibili e prodotti chimici intermedi, che a loro volta possono essere trasformati in ulteriori prodotti, al pari di quanto succede con le fonti fossili (Fig. 1).

Figura 1 – Rappresentazione schematica dei processi e dei prodotti da bioraffinerie.

Black soldier fly

Le tecnologie alla base dei processi di bioraffineria possono essere di natura chimica, fisica o biologica. In quest’ultima categoria rientrano i tantissimi processi biotecnologici basati sulle fermentazioni ad opera di lieviti e batteri per la produzione di bioetanolo, biodiesel, acido lattico, poliidrossialcanoati, e così via.

Un nuovo modello di bioraffineria sta emergendo negli ultimi 20 anni e si basa sull’utilizzo di insetti per la conversione di biomasse in molecole ad alto valore aggiunto come lipidi, proteine e molecole di chimica fine.

Gli insetti che si nutrono di materia organica in decomposizione potrebbero presto diventare un prezioso alleato per lo smaltimento degli scarti agroindustriali e la produzione di energia pulita. L’ecosostenibilità del processo di smaltimento verrebbe assicurata grazie alle larve di un insetto saprofago, meglio conosciuto come “black soldier fly” o mosca soldato nera (Fig. 2).

Figura 2 – Fotografia di un mosca soldato nera (Hermetia illucens) nota anche come “black soldier fly”.

Un progetto di ricerca tutto italiano, condotto dall’Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile (ENEA), in collaborazione con il Laboratorio di entomologia sanitaria dell’Istituto zooprofilattico sperimentale della Lombardia e dell’Emilia Romagna, coordinato dalla Dott.ssa Silvia Arnone, ha come obiettivo la trasformazione dei fanghi di depurazione delle acque reflue e degli scarti ottenuti dalla digestione anaerobica in energia e prodotti di interesse industriale ad opera delle larve di insetto.

Gli insetti in età di crescita riescono ad operare la bioconversione di questi substrati organici, trasformandoli in molecole preziose, come lipidi, proteine e polisaccaridi, che possono trovare applicazione in campo energetico, cosmetico, farmaceutico e agroindustriale.

Risultati preliminari dello studio

Il processo di bioconversione messo a punto dai ricercatori italiani è caratterizzato da un’elevata efficienza, dal momento che le larve riescono a metabolizzare e ridurre in soli 15 giorni fino all’80% del volume del substrato organico.

Prove preliminari con tre regimi alimentari e diverse composizioni del substrato hanno inoltre dato risultati incoraggianti, propedeutici alla messa a punto di prove sperimentali su una scala maggiore con fanghi in combinazione con altre biomasse di scarto, come la frazione organica dei rifiuti urbani o il digestato, ossia il sottoprodotto derivante dalla fermentazione anaerobica delle biomasse.

Il potenziale della scoperta

I primi risultati di laboratorio hanno permesso di ricreare una vera e propria bioraffineria di piccole dimensioni. Si tratta di un capolavoro di economia circolare che punta a sfruttare materiali da smaltire per ottenere biocarburanti avanzati, ma anche materia prima per processi di chimica verde volti alla sintesi di bioplastiche e rivestimenti biodegradabili.

Nel mondo vi sarebbero oltre 4mila specie di insetti saprofagi che, nutrendosi di materia organica come vegetali, carcasse di animali o escrementi, permettono al substrato di decomporsi e diventare nuovamente disponibile per piante e altri esseri viventi, svolgendo un ruolo fondamentale nel ciclo della vita.

Infine, la sinergia tra insetti degradatori del digestato e batteri metanogeni e acidogeni, comunemente utilizzati nei processi di digestione anaerobica della biomassa per la produzione sostenibile di idrogeno, porterebbe alla creazione di un processo integrato di bioraffineria molto efficiente ed estremamente promettente.

Nicola Di Fidio

Sitografia

Bibliografia

  • De Bari, I., Cuna, D., Di Fidio, N. Biorefineries: Biofuels, Biochemicals And Bioproducts in Biofuels Production and Processing Technology, M.R. Raze, David Chiaramonti (Eds). ISBN 9781498778930 – CRC Press Taylor & Francis Group, 2017. DOI: 10.1201/9781315155067-19.

Crediti immagini

  • https://www.iea-bioenergy.task42-biorefineries.com/en/ieabiorefinery.htm
  • https://it.wikipedia.org/wiki/Hermetia_illucens

Informazioni su Nicola Di Fidio 51 Articoli
Nicola Di Fidio, Ph.D. student Department of Chemistry and Industrial Chemistry - University of Pisa Via G. Moruzzi 13 - 56124 Pisa MSc. in Industrial and Environmental Biotechnologies Mob: +39 3299740251 Primary e-mail: nicola.difidio91@gmail.com Secondary e-mail: n.difidio@studenti.unipi.it

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